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Antrieb für ein Flugzeug-Fahrwerksrad Die Erfindung betrifft einen
Antrieb für ein Flugzeug-Fahrwerksrad mit einer Felge, einem feststehenden Tragezapfen,
einer auf ihm mittels Traglagern drehbar gelagerten Nabe und einen die Felge mit
der Nabe verbindenden, etwa radial verlaufenden Trägerteil sowie mit einer innerhalb
der Felge auf einer Seite des Trägerteiles angeordneten Bremsvorrichtung und einer
innerhalb der Felge auf der anderen Seite der Radscheibe als Antrieb angeordneten
elektrischen Maschine, deren Maschinengehäuse teilweise durch die Radscheibe und
einen zylindrischen Teil der Felge gebildet und dem Läufer an dem Radkörper befestigt
ist. Die elektrische Maschine soll das Fahrwerksrad vor dem Landen auf eine der
anfänglichen Landegeschwindigkeit etwa gleiche Umfangsgeschwindigkeit beschleunigen,
um die Beanspruchung des Reifens und des Fahrwerks beim Aufsetzen auf die Landebahn
zu vermindern. Ein solcher Antrieb wird um so wichtiger, je höher einerseits die
Flugzeuggeschwindigkeiten werden und je größer andererseits die Rauhigkeit der Beläge
der Landebahn zwecks Verkürzung der Bremsstrecke der Flugzeuge ist.
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Es ist bekannt, bei der eingangs genannten Einrichtung als Antrieb
eines Fahrwerksrades eine elektrische Maschine in zylindrischer Bauweise vorzusehen.
Eine solche Maschine hat ein ungünstiges Leistungsgewicht, das durch die Anpassung
an die Platzverhältnisse innerhalb des Fahrwerksrades weiter verschlechtert wird.
Trotz dieser Anpassung verlangt die axiale Baulänge der elektrischen Maschine einerseits
eine nachteilige axiale Verlängerung des Fahrwerksrades und andererseits den Ersatz
eines Teils der normalerweise bei Landerädern verwendeten Radscheibe dieses Rades
durch Speichen, um in den zwischen den Speichen gelegenen Öffnungen Wickelköpfe
der elektrischen Maschine unterbringen zu können. Zumindest die zweite Maßnahme
ist bei einem Fahrwerksrad unzulässig, bei dem nur eine einzige Radscheibe vorgesehen
ist, da diese nämlich nicht geschwächt werden darf. Ein weiterer Grund liegt darin,
daß im vorliegenden Fall innerhalb der Felge eine Bremsvorrichtung vorgesehen ist.
Diese erzeugt während des Bremsens eine starke Hitzestrahlung, die die zwischen
den Speichen gelegenen ungeschützten Wickelköpfe zerstören würde.
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Es ist weiter bekannt, bei einem elektromotorisch angetriebenen, jedoch
nicht mit einer Bremsvorrichtung versehenen Fahrwerksrad den Trägerteil zwischen
Felge und Nabe als eine undurchbrochene Radscheibe auszubilden. Da diese Radscheibe
wegen des mittig innerhalb der Felge angeordneten Antriebsmotors seitlich an der
Felge angebracht ist, wird jedoch eine zweite Abstützung der Felge gegenüber dem
Tragezapfen nötig, die dann den Zugang zu der Antriebsmaschine erschwert.
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Elektrische Axialluftspaltmaschinen sind zwar gegenüber Maschinen
der zylindrischen Bauart hinsichtlich ihres niedrigeren Leistungsgewichts günstiger,
jedoch stehen gerade ihrer Verwendung in etwaiger konstruktiver Verbindung mit einem
Flugzeugrad Hindernisse entgegen, die weit über die nachteilige Baugröße üblicher
Maschinen hinausgehen, und die sich insbesondere aus der Empfindlichkeit einer solchen
Maschine gegen Längenänderungen des axialen Luftspaltes ergeben. Dies erklärt sich
unter anderem daraus, daß sich die magnetische Induktion in der Maschine etwa entsprechend
dem Quadrat der Luftspaltlänge verändert.
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In einem Flugzeugrad treten Verlagerungen zwischen der Felge einerseits
und der Nabe oder dem Tragezapfen andererseits auf. Erstens wird das Fahrwerksrad
beim Aufsetzen des Flugzeuges auf der Landebahn elastisch deformiert. Dieses an
sich gewünschte Federungsverhalten wird durch die Schrägstellung der Radscheibe
gefördert und führt zu einer Verdrehung der Felge um die Nabe. Die Verdrehung tritt
dann besonders stark auf, wenn das Flugzeug bei Seitenwind schräg zur Landebahn
aufsetzen muß. Zweitens kann eine Ursache axialer Verschiebung in den Traglagern
des Fahrwerksrades liegen. Diese zwischen Tragezapfen und Nabe vorgesehenen Traglager
sind üblicherweise Kegelrollenlager, die beispielsweise eine Schrägung von 1 : 10
aufweisen können. Daher führt das während ihrer Lebensdauer auftretende, geringe
Spiel zu zehnmal größeren Verschiebungen des Rades auf dem Tragezapfen in axialer
Richtung. Schließlich wird beim Abbremsen des Flugzeuges seine kinetische Energie
in den Bremsvorrichtungen
innerhalb der Felgen der Fahrwerksräder
in Wärme umgewandelt, wobei sich verschiedene Teile eines Fahrwerksrades je nach
ihrer Erhitzung verschieden ausdehnen, und wobei sich Teile der Felge axial gegenüber
der Nabe verschieben können.
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Alle diese Bewegungen müssen sich bei konstruktiver Verbindung des
Flugzeug-Fahrwerkrades mit einer üblichen elektrischen Axialluftspaltmaschine auf
deren Luftspalt auswirken. Dazu kommt, daß sich die elektromagnetisch aktiven Teile
der elektrischen Maschine selbst im Betrieb infolge ihrer Erwärmung ausdehnen und
damit die Luftspaltlänge weiter ungünstig verkleinern können. Alle diese Gründe
führten dazu, daß nicht nur das elektromagnetische Verhalten der elektrischen Maschine
geändert würde, sondern daß auch die Gefahr bestünde, daß sich Ständer und Läufer
der Maschine berührten, was zu ihrem Blockieren und damit zum Blockieren des gesamten
Fahrwerksrades und somit zu schweren Flugzeugunfällen führen könnte.
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Die Erfindung will unter Überwindung dieser Schwierigkeiten ein Flugzeug-Fahrwerksrad
der eingangs genannten Art schaffen, das schon vor dem Aufsetzen des Flugzeuges
auf einer Landebahn auf eine geeignete Drehgeschwindigkeit gebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Maschine in an sich bekannter
Scheibenbauweise mit einer Ständerscheibe und einem aus mindestens einer Läuferscheibe
bestehenden Läufer ausgebildet ist und daß die Ständerscheibe mittels einer Lagerung
in axialer und radialer Richtung ausschließlich auf dem Läufer der Maschine abgestützt
und mit dem Tragezapfen mittels einer allein in Umfangsrichtung wirksamen, formschlüssigen
Verbindung gekuppelt ist, und der Trägerteil zwischen Felge und Nabe in an sich
bekannter Weise als Radscheibe ausgebildet ist.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Aufbau des Fahrwerksrades und seines
Antriebs sind die sich durch , den Einbau einer elektrischen Maschine in Scheibenbauweise
ergebenden Probleme gelöst, da die Ständerscheibe und der Läufer der elektrischen
Maschine eine ringförmige, insgesamt verwindungssteife, aber gegenüber dem feststehenden
Tragezapfen und der Nabe radial und axial bewegliche Baueinheit bilden, deren aufeinander
abgestützte Teile auch bei eventuellen elastischen Verformungen des Fahrwerksrades
die festgelegte Lage zueinander beibehalten, wodurch insbesondere der axiale Luftspalt
weitgehend konstant bleibt.
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Als eine einfache, vorteilhafte Ausbildung der formschlüssigen Verbindung
zwischen der Ständerscheibe der elektrischen Maschine und dem feststehenden Tragezapfen
des Fahrwerksrades schlägt die Erfindung vor, daß diese formschlüssige Verbindung
aus einer am freien Ende des Tragezapfens befestigten, an ihrem äußeren Umfang mit
Zähnen versehenen Verbindungsscheibe besteht, die mit den Zähnen in entsprechende
Aussparungen des Ständers eingreift. Die Anwendung einer solchen Verbindungsscheibe
schafft die Möglichkeit gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung das am freien
Ende des Tragezapfeus liegende Traglager gegen von außen kommende, wetterbedingte
oder mechanische Einflüsse zu schützen, indem die Verbindungsscheibe dieses Traglager
als Lagerdeckel abdeckt. Schließlich ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
eine Konstruktion vorgesehen, die sowohl die formschlüssige Verbindung zwischen
Tragezapfen und Ständerscheibe herstellt, als auch die nötige Einstellung des Spiels
der Traglager ermöglicht und dabei das am freien Ende des Tragezapfens gelegene
Traglager schützt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Tragezapfen in seinem freien
Ende ein Innengewinde und auf dem äußeren Umfang dieses Endes eine Außenverzahnung
aufweist, daß die Verbindungsscheibe in das Innengewinde einschraubbar ist, daß
ein Feststellring mit der Außenverzahnung entsprechenden Zähnen versehen ist, auf
ihr axial verschiebbar ist und die axiale Verstellung der Verbindungsscheibe auf
ein Traglager überträgt und daß die Verbindungsscheibe mit dem Feststellring lösbar
verbunden ist.
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Zur Anwendung in einem Flugzeugfahrwerksrad gemäß der Erfindung sind
sowohl elektrische Maschinen in Scheibenbauweise mit einer Läuferscheibe als auch
mit zwei Läuferscheiben geeignet. Im Fall des Vorhandenseins einer Läuferscheibe
sind an sich bekannte Mittel vorzusehen, die die axiale Trennung von Ständer.- und
Läuferscheibe verhindern. Beim Betrieb einer solchen Maschine wirken zwischen Ständer
und Läufer elektromagnetische Anzugskräfte, die das Lager belasten, mit welchem
die Ständerscheibe auf der Läuferscheibe abgestützt ist. Dagegen heben sich die
von zwei Läuferscheiben auf eine zwischen ihnen angeordnete Ständerscheibe ausgeübten
Kräfte etwa auf, so daß bei einer solchen Maschine die genannten Lager nicht belastet
werden müssen. Weiter spricht für die Anwendung einer solchen Maschine mit zwei
Läuferscheiben ein geringes Leistungsgewicht. Daher schlägt die Erfindung weiter
vor, daß die elektrische Maschine zwei Läuferscheiben und eine zwischen ihnen angeordnete
Ständerscheibe aufweist, däß die Radscheibe den elektromagnetisch aktiven Teil einer
Läuferscheibe trägt und daß die Ständerscheibe gegenüber den Läuferscheiben jeweils
mittels eines Kugellagers abgestützt ist. Es kann dann zum Ausgleich eventueller
Längenänderungen des Ständers der elektrischen Maschine zweckmäßig sein, in weiterer
Ausgestaltung vorzusehen, daß die zweite, äußere Läuferscheibe in axialer Richtung
nachgiebig befestigt ist.
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Zur Überwachung des Gleichlaufs der Fahrwerksräder eines Flugzeuges
beim Abbremsen auf der Landebahn ist es bekannt, in jedem Rad, beispielsweise innerhalb
des hohlen Tragezapfens, einen kleinen elektrischen Generator für die Rutsch-Verbindungsvorrichtung
vorzusehen. Die damit erzeugten Spannungen oder Frequenzen sind ein Maß für die
Drehgeschwindigkeiten der Fahrwerksräder. Diese elektrischen Größen werden verglichen;
bei einer Abweichung kann die Bremsvorrichtung des langsameren Fahrwerksrades gelockert
werden. Damit wird ein Schlingern des Flugzeuges, im schlimmsten Fall ein Blockieren
der Bremsen, vermieden. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebes liegt
demgemäß darin, daß die jetzt vorgesehene elektrische Maschine nach ihrer Abschaltung
als Motor während des Bremsens auf der Landebahn als ein derartiger Generator benutzt
werden kann.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Figur erläutert, die ein
Flugzeug-Fahrwerksrad teils im Schnitt, teils in der Ansicht in, teilweise stark
vereinfachender Darstellung zeigt. Dieses Flugzeug-Fahrwerksrad weist in seinem
üblichen Aufbau zunächst eine aus zwei Felgenteilen 1, 2 bestehende Felge 3,
eine
Nabe 4 und eine Radscheibe 5 sowie einen auf der Felge 3 montierten, hier nur angedeuteten
Reifen 6 auf. Die beiden Felgenteile 1, 2 sind im äußeren Umfang der Radscheibe
5 mittels mehrerer Schrauben 7 verbunden. Die Nabe 4 ist mittels der als Kegelrollenlager
ausgebildeten Traglager 8, 9 auf dem feststehenden, hohlen Tragezapfen 10 drehbar
gelagert und auch in axialer Richtung gehalten. Der Tragezapfen 10 ist auf seiner
linken Seite im nicht gezeigten Fahrwerk gehalten und ist im Bereich der linken
Stirnseite des Fahrwerksrades zu einem Flansch 11 vergrößert, um hier die von der
hydraulischen Bremsvorrichtung 12 übertragenen Bremskräfte aufzunehmen. Zur Betätigung
der Bremsvorrichtung 12 sind im Tragezapfen 10 die Hydraulikleitungen 13 vorgesehen.
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Innerhalb des Felgenteils 2 ist eine elektrische Maschine in Scheibenbauweise
mit einem Ständer 14 und einem aus zwei Läuferscheiben 15, 16 bestehenden Läufer
vorgesehen. Das Gehäuse dieser elektrischen Maschine wird weitgehend von der Radscheibe
5 und dem Felgenteil 2 gebildet. Die beiden Läuferscheiben werden von mehreren über
den Umfang verteilten Schraubenbolzen 17 zusammengehalten, wobei amagnetische Jochstücke
18 für einen gleichbleibenden, bei einer Wärmeausdehnung der Jochstücke 18 allenfalls
günstigerweise etwas zunehmenden Abstand zwischen den Läuferscheiben 15, 16 sorgen.
Der Ständer 14 ist mittels der Schulterkugellager 19, 20 in axialer und radialer
Richtung ausschließlich auf dem Läufer der elektrischen Maschine, hier nämlich auf
den beiden Läuferscheiben 15, 16, abgestützt, so daß er allen Bewegungen
des Läufers folgt und immer genau mittig zwischen den Läuferscheiben 14,
15 bleibt. Zum feststehenden Tragezapfen 10 hin kann der Ständer
14 Kräfte allein in Umfangsrichtung über eine Innenverzahnung 21 übertragen.
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Statt der festen Verbindung zwischen den Läuferscheiben 15,16 mittels
der Schraubenbolzen 17 kann auch eine nachgiebige Befestigung der Läuferscheibe
16 an der Läuferscheibe 15 vorgesehen sein. Dabei ergibt sich als zusätzlicher Vorteil,
daß die Läuferscheibe 16 eventuellen axialen Ausdehnungen des Ständers 14 zwischen
den Lagern 19, 20 nachgibt. Als Nachteil ist dann hinzunehmen, daß die magnetischen
Anziehungskräfte, die der Ständer 14 auf die Läuferscheiben 15,16 ausübt, von den
Lagern 19, 20 aufgenommen werden müssen, die dann zweckmäßigerweise als Axialkugellager
ausgebildet werden.
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Alle elektromagnetisch aktiven Teile der elektrischen Maschine, insbesondere
der Ständer 14 und die Läuferscheiben 15, 16 bilden in jedem Fall eine Baueinheit,
die nur mittels der Dehnschrauben 22 innerhalb des Felgenteils 2, hier an der Radscheibe
5, befestigt ist. Damit ist erstens ein leichter Ein- und Ausbau, ein Austausch
und eine Justierung der elektrischen Maschine außerhalb des Flugzeug-Fahrwerksrades
möglich. Zweitens wird damit erreicht, daß das Traglager 9 bei seinem Aus- und Einbau
und bei der Einstellung seines Spiels unabhängig von der eingebauten elektrischen
Maschine zugänglich ist. Schließlich besteht der genannte wichtige Vorteil der beschriebenen
Bauweise, daß die elektrische Maschine als Baueinheit besonders verwindungssteif
ist.
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Der an sich bekannte elektrische Aufbau der elektrischen Maschine
ist in der Figur nicht weiter ausgeführt. Die Maschine kann beispielsweise ein Asynchronmotor
mit auf dem Ständer 14 angedeuteten Drehstromwieklungen 23 und ihnen entsprechenden,
in den Läuferscheiben 15, 16 auf deren dem Ständer 14 zugekehrten Seiten
eingesetzten, speichenradähnlichen, kupfernen Kurzschlußkäfigen sein. Die Leitungsanschlüsse
24 der Ständerwicklung 23 sind in beliebiger sachgemäßer Weise zum Zentrum des Flugzeug-Fahrwerksrades
und durch den Tragezapfen 10 hindurch zu einer Stromquelle geführt. Dabei sind zu
einer leichten Montage umfangsmäßig versetzte Steckverbindungen 25 vorgesehen.
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Eine in dem freien Ende des Tragezapfens 10 in ein Innengewinde 16
eingeschraubte Verbindungsscheibe 27 und ein auf einer Außenverzahnung 28 des Tragezapfens
10 axial verschiebbarer Feststellring 29 haben zusammen die dreifache Aufgabe, Torsionskräfte
vom Ständer 14 zum Tragezapfen 10 zu übertragen, das Spiel der Traglager 8, 9 einzustellen
und das Traglager 9 als Lagerdeckel zu schützen. Zur Aufnahme der in Umfangsrichtung
wirkenden Kräfte des Ständers 14 ist die Verbindungsscheibe 27 an ihrem äußeren
Umfang mit in die Innenverzahnung 21 des Ständers 14 eingreifenden
Zähnen versehen und kann mit dem unverdrehbaren Feststellring 29 mittels Schrauben
30 verbunden werden. Zur Einstellung des Spiels der Traglager 8, 9 werden diese
Schrauben 30 entfernt, die Verbindungsscheibe 27 wird gegebenenfalls unter Mitdrehung
des Ständers 14 durch Drehung im Innengewinde 26 verstellt, und anschließend werden
die Schrauben 30, zu deren Aufnahme in der Verbindungsscheibe 27 eine große Anzahl
von entsprechenden Öffnungen vorgesehen ist, erneut eingeschraubt.